PLC 控制步進電機分度的設計與實現

1、引言

　　大型軸承內、外套上的分度、打孔是軸承中的關鍵工序 ，它的工藝水平和質量的高低直接影響軸承的質量、壽命和制造成本。目前軸承行業大型軸承內、外套的分度方式普遍采用人工分度方式 ，其分度精度低、累積誤差大 、工作效率低、工人勞動強度大，對軸承性能的提高造成很大的影響。我們所研制的大型數控分度頭，采用PLC可編程控制器 ，控制步進電機驅動蝸輪蝸桿對執行工件進行自動分度， 結構簡單、制造費用低，較好地解決了生產中的實際問題。

2、總體設計方案

　　步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。其重要特點是只有周期性的誤差而無累積誤差。步進電機的運行要有步進電機驅動器這一電子裝置進行驅動，這種裝置就是把控制系統發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，或者說： 控制系統每發一個脈沖信號，通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。所以步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。因此，控制步進脈沖信號的頻率，可以對電機精確調速;控制步進脈沖的個數，可以對電機精確定位。

　　在我們所設計的數控分度頭中，就是利用這一線性關系，用PLC進行電氣控制、編寫分度算法程序，控制脈沖信號的頻率和脈沖數，步進電機驅動蝸輪蝸桿對執行工件進行精確分度，并可實現調整、手動分度、自動分度等多種電氣控制。

　　電氣控制方案為PLC+步進電機及可細分驅動器+數顯尺。PLC選用DVP20EH00T，AC220伏供電20點 200HZ晶體管輸出類型;根據分度精度要求考慮，選用可細分驅動器及步進電機，考慮分度時對工件的扭矩M=FR=fNR ，計算出最大扭矩為27Nm。按矩頻特性選取步進電機 ，選130BYG350A型三相混合式步進電機及配套細分驅動器MS-3H130M。

　　PLC的I/O配置如下表：

　　I0.0

　　調整/分度

　　Q0.0

　　脈沖數

　　I0.1

　　急停

　　Q0.1

　　花盤上升

　　I0.2

　　步進轉位

　　Q0.2

　　花盤下降

　　I0.3

　　花盤卡緊/松開

　　Q0.3

　　故障指示

　　I0.4

　　花盤上升/下降

　　Q0.4

　　方向

　　I0.5

　　自動分度

　　Q0.5

　　I0.6

　　調整啟動/結束

　　Q0.6

　　I0.7

　　驅動器信號

　　Q0.7

　　I0.10-I0.13

　　孔數設置

　　該數控分度頭在徑向安裝數顯尺來控制徑向分度尺寸;由PLC控制步進電機軸向分度。操作人員啟動電源 ，輸入分度數后 ，調整/分度開關置于分度位置即可實現手動或自動分度。在自動分度中可實現分度機構的松開、上升、分度、下降、卡緊再松開的順序控制

3、分度算法

　　設總孔數為D2，總脈沖數D0，分度脈沖可計算為 ：D0/D2=D4 +D5（余數）。若D5=0時 ，步進電機每轉動一次，電機轉角控制脈沖均為D4。若D5≠0時 ，將D5與孔數的一半（D2/2=D8）進行比較，若小于孔數的一半，步進電機先按D4個脈沖分度，步進電機每轉過一個分度角，余數D5累積一次，當累積數大于D8時，步進電機則按D4+1個脈沖分度一次，此時累積數減去D4+1脈沖的余數即D2-D5，然后再按D4個脈沖分度，依次類推直至分度完畢;若余數大于孔數的一半，步進電機先按D4+1個脈沖分度，余數按D2-D5累積，當累積數大于D8時，步進電機則按D4個脈沖分度一次，此時累積數減去D4脈沖的余數D5，然后再按D4+1個脈沖分度，依次類推直至分度完畢。這樣的分度算法，使孔與孔之間的分度誤差始終小于一個脈沖當量，可以實現在3600轉角誤差為0的分度精度要求。

4、分度算法梯形圖

5、結束語

　　該大型數控分度頭應用于1000mm～2000mm的軸承內、外套的分度 。主要優點為 ：（1）分度精度高。驅動器在最高細分10000工作狀態下，孔孔之間分度誤差可控制在7.3μm， 可以實現3600轉角誤差為0的分度精度要求，滿足了工件的分度要求。（2） 工作效率高，分度速度快。選用的PLC最高頻率為200HZ，在自動分度工作狀態下，50個孔的分度工作不足十分鐘即可完成。（3）操作靈活、簡便。該數控分度頭實現調整（不分度）、手動或自動分度等電氣操作。人工分度方式需要測量、畫線等費工費時 ，由PLC控制的步進電機自動分度方式只需輸入分度數 ，即可實現分度的多種控制。 （4）該數控分度頭經濟、實用。投入使用后，較好地解決了以往大型軸承內、外套的分度存在的問題，提高了軸承產品質量 ，降低工人勞動強度。